空間智能機(jī)器人領(lǐng)域的中國(guó)先行者

劉偉

空間機(jī)械臂、采樣機(jī)械臂、“手眼雙目相機(jī)”“太空自主加油站”等空間機(jī)器人亮相日前舉行的2015世界機(jī)器人大會(huì)，將推動(dòng)和支持中國(guó)空間機(jī)器人在宇航工程中的首次應(yīng)用，標(biāo)志著中國(guó)跨入空間智能機(jī)器人領(lǐng)域的國(guó)際先進(jìn)行列。

中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第五研究院總體部研制的空間機(jī)械臂臂展超過(guò)10米，具有自主爬行及擴(kuò)展能力，靈活性高，可達(dá)范圍廣，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)大范圍大負(fù)載操作以及局部精細(xì)化操作。

空間機(jī)械臂主管設(shè)計(jì)師王友漁說(shuō)，機(jī)械臂可頭尾互換，這種技術(shù)可以大大降低空間機(jī)器人及其輔助系統(tǒng)的重量，最大程度地?cái)U(kuò)大了機(jī)械臂的活動(dòng)范圍，與目前國(guó)際上應(yīng)用的典型空間機(jī)械臂設(shè)計(jì)指標(biāo)相比較，在質(zhì)量、負(fù)載能力、輸出力矩、剛度等方面均達(dá)到或超越了當(dāng)前世界先進(jìn)水平。

在會(huì)展現(xiàn)場(chǎng)，采樣機(jī)械臂同樣引人注目。雖然體積小、重量輕，但是控制精度高、樣品獲取能力強(qiáng)，可完成地外天體表面無(wú)人自主采樣全過(guò)程任務(wù)。

五院總體部采樣機(jī)械臂主管設(shè)計(jì)師姜水清說(shuō)，目前，世界上還沒(méi)有一個(gè)國(guó)家能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)人參與的地外天體采樣返回任務(wù)，國(guó)外的火星著陸器機(jī)器人，在火星上將樣品采集和送到分析儀器所在位置上，供科學(xué)儀器進(jìn)行分析，“而我們研制的采樣機(jī)械臂產(chǎn)品不僅能夠進(jìn)行樣品采集，還能完成容器轉(zhuǎn)移等一系列樣品采集任務(wù)”。

為了實(shí)現(xiàn)機(jī)器臂近距離操作的準(zhǔn)確性，航天五院502所還研制了不同于一般空間用檢測(cè)相機(jī)的“手眼雙目相機(jī)”。據(jù)大會(huì)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員介紹，一般的監(jiān)控相機(jī)可以記錄操作或動(dòng)作的過(guò)程，而“手眼相機(jī)”則類似人的眼睛，參與到空間操作中最關(guān)鍵的部分，機(jī)械臂的遠(yuǎn)離、接近、抓取和操作目標(biāo)物體等每一步動(dòng)作都要依賴“手眼相機(jī)”提供的位置數(shù)據(jù)來(lái)完成。

“手眼雙目相機(jī)”還做到了盡可能的小身材、小重量，其探頭部分在集成了光學(xué)照明和成像功能的情況下僅重不足500克。這主要得益于對(duì)鏡頭前端的優(yōu)化設(shè)計(jì)和體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的照明方案，據(jù)稱，經(jīng)過(guò)精簡(jiǎn)，相機(jī)本體結(jié)構(gòu)僅包含了兩個(gè)零件。

此外，在世界機(jī)器人大會(huì)上，航天五院502所還展出了空間自主加注系統(tǒng)，就像“太空自主加油站”，通過(guò)對(duì)衛(wèi)星的多次補(bǔ)給，能夠?qū)崿F(xiàn)提升衛(wèi)星機(jī)動(dòng)能力和續(xù)航能力，增加有效載荷搭載重量的目的。

空間機(jī)器人的研制是機(jī)器人領(lǐng)域和航天領(lǐng)域兩大產(chǎn)業(yè)的有機(jī)融合和跨系統(tǒng)創(chuàng)新，將對(duì)各相關(guān)領(lǐng)域和專業(yè)技術(shù)起到極強(qiáng)的牽引和推動(dòng)作用。

據(jù)中國(guó)航天科技集團(tuán)公司五院總體部空間機(jī)械臂系統(tǒng)研究所所長(zhǎng)李大明介紹，經(jīng)過(guò)10年探索，航天五院突破了以多約束路徑規(guī)劃、空間機(jī)器人任務(wù)地面驗(yàn)證等為代表的10余項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)與航天事業(yè)的深度“握手”，取得的一系列成果將為中國(guó)空間科學(xué)試驗(yàn)、空間設(shè)施建設(shè)與維護(hù)、深空探測(cè)等空間領(lǐng)域的發(fā)展提供有力支撐。